李宛津 張林

摘 要：自行車導(dǎo)航系統(tǒng)的開發(fā)分為移動(dòng)端app和導(dǎo)航部件，硬件部分主要包括CC2650主控板，電子墨水屏模塊，mpu6050模塊。改論文介紹了實(shí)現(xiàn)自行車導(dǎo)航的原理同時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的可能性，并對(duì)整體項(xiàng)目規(guī)劃提供思路及原理框圖。設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處在于運(yùn)用慣導(dǎo)技術(shù)使短路程，低速的導(dǎo)航更為精確，同時(shí)通過(guò)低耗模塊的使用，裝置更為高續(xù)航，以及便攜，在app端也更加人性化。

關(guān)鍵詞：自行車導(dǎo)航;硬件電路;移動(dòng)app

0 引言

隨著生活水平的提高，人們漸漸開始重視生活品質(zhì)，其中騎行旅游成為熱門項(xiàng)目。但是統(tǒng)傳的導(dǎo)航，其導(dǎo)航的精確度是10-15米，對(duì)于騎行用戶而言，精確度太低，同時(shí)傳統(tǒng)導(dǎo)航過(guò)于依賴手機(jī)，這樣一方面人們難免會(huì)在騎行時(shí)關(guān)注手機(jī)，從而使行車人的安全受到威脅，另有一方面，很消耗手機(jī)的電量，其續(xù)航能力不高，甚至可能出現(xiàn)騎行時(shí)手機(jī)沒電的窘境。在導(dǎo)航系統(tǒng)中，對(duì)于app端增加了約騎，分享的功能，可以隨意發(fā)布些游記，增強(qiáng)騎行的趣味性。同時(shí)，還增加了硬件設(shè)備，減少用戶對(duì)手機(jī)的過(guò)分依賴，能夠增加導(dǎo)航的精確度，能夠在無(wú)WiFi情況下，進(jìn)行導(dǎo)航和原路返回。因此，有效，安全，實(shí)用的導(dǎo)航系統(tǒng)成為了我們這項(xiàng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題。

1 工作原理

基于導(dǎo)航的基本需求，考慮設(shè)計(jì)了三個(gè)主要部分的功能，分別是基礎(chǔ)性需求、表現(xiàn)性需求和社交性需求。基礎(chǔ)性需求：1. 精確導(dǎo)航? 2.原路返回 3.導(dǎo)航提醒 4.超長(zhǎng)續(xù)航

基礎(chǔ)性需求主要是硬件導(dǎo)航的實(shí)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)百度的SDK組件進(jìn)行二次開發(fā)，并引入了六軸陀螺儀來(lái)實(shí)現(xiàn)精確導(dǎo)航。首先在app填入初始位置和終點(diǎn)位置，在移動(dòng)端進(jìn)行路線計(jì)算，提供宏指針，將其傳輸?shù)紺C2650即硬件端，在接受到信息后，啟用mpu6050運(yùn)用慣性導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行計(jì)步，并且提供微指針，該指針一方面與宏指針進(jìn)行校對(duì)修改，同時(shí)將對(duì)應(yīng)的路程信息進(jìn)行預(yù)封裝存于主板中，當(dāng)處于無(wú)Wi-Fi時(shí)需要原路返回時(shí)，調(diào)用信息進(jìn)行，進(jìn)行微指針累加導(dǎo)航，另一方面?zhèn)鬏旊娮幽炼?，墨水屏接受信息，根?jù)提示調(diào)用內(nèi)存中對(duì)應(yīng)的指示圖片，進(jìn)行導(dǎo)航提醒。

為了做到超長(zhǎng)續(xù)航，在開發(fā)過(guò)程中所使用的顯示屏是墨水屏。據(jù)了解墨水屏只有在刷新導(dǎo)航信息時(shí)才會(huì)產(chǎn)生耗電。除此之外還運(yùn)用到了CC2650，其內(nèi)置的MCU（微處理器）與藍(lán)牙一體，MCU可直接驅(qū)動(dòng)墨水屏，剩余引腳連接六軸陀螺儀。且CC2650設(shè)有看門狗電路，可以實(shí)現(xiàn)一鍵全開機(jī)，一鍵全關(guān)機(jī)，激活只需要一個(gè)藍(lán)牙信號(hào)。且CC2650的輸入電流0.1安，拿目前用到的2000毫安電池來(lái)計(jì)算，該裝置可以實(shí)現(xiàn)在一次充電，使用一年。這樣的設(shè)計(jì)最大程度保障了該系統(tǒng)的續(xù)航能力。此外，在充電問(wèn)題上，由于外殼上做了防水處理，設(shè)計(jì)中將在裝置內(nèi)安裝運(yùn)用無(wú)線充電板，來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 CC2650 工作原理

CC2650 器件是一款面向 Bluetooth Smart、 ZigBee和 6LoWPAN，以及 ZigBee RF4CE 遠(yuǎn)程控制應(yīng)用的無(wú)線 MCU。該器件可以確保產(chǎn)品電池的使用壽命，同時(shí)適合小型紐扣電池來(lái)提供電流，為產(chǎn)品體積大小提供了便捷優(yōu)勢(shì)。

2.2 MPU6050 電路

MPU6050模塊內(nèi)部自帶電壓穩(wěn)定電路，可以兼容 3.3V/5V 的嵌入式系統(tǒng)，連接方便。該模塊保留了 MPU6050 的 I2C 接口，滿足了高級(jí)用戶希望訪問(wèn)底層測(cè)量數(shù)據(jù)的需求。模塊內(nèi)部集成了姿態(tài)解算器，配合動(dòng)態(tài)卡爾曼濾波算法，這一樣的結(jié)合能夠在動(dòng)態(tài)環(huán)境下準(zhǔn)確輸出模塊的當(dāng)前姿態(tài)，姿態(tài)測(cè)量精度 0.01 度，穩(wěn)定性極高，性能甚至優(yōu)于某些專業(yè)的傾角儀。

2.3 e-paper水墨屏工作原理

電子墨水屏（或稱水墨屏，E-Ink）是一種由大量細(xì)小微膠囊組成的電泳顯示器，可分為有源矩陣和無(wú)源矩陣兩種形式。在環(huán)境光線較強(qiáng)的情況下，電子墨水屏克服了傳統(tǒng)的液晶屏容易反光的先天不足。另外，電子墨水屏還能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)液晶屏容易引起視覺疲勞的缺陷。同時(shí)，傳統(tǒng)的液晶屏是需要不斷刷新圖像的，所以能耗較大，而電子墨水屏可以讓圖像有效地保持在屏幕上，只有在刷新時(shí)才消耗電能，極大程度的降低了系統(tǒng)功耗。因此，運(yùn)用墨水屏能夠很好的降低了能耗。

3 移動(dòng)端功能模塊

自行車導(dǎo)航裝置的app端主要用來(lái)滿足用戶的表現(xiàn)需求和社交性需求。設(shè)有精準(zhǔn)導(dǎo)航、游記生成以及用戶約騎等功能。軟件系統(tǒng)框圖如圖所示

3.1精確導(dǎo)航的實(shí)現(xiàn)

統(tǒng)傳的導(dǎo)航，其導(dǎo)航的精確度是10-15米，對(duì)于騎行用戶而言，精確度太低，很有可能錯(cuò)過(guò)轉(zhuǎn)彎路口而影響行程，同時(shí)傳統(tǒng)導(dǎo)航過(guò)于依賴手機(jī)，這樣一方面人們難免會(huì)在騎行時(shí)關(guān)注手機(jī)，從而使行車人的安全受到威脅，另有一方面，很消耗手機(jī)的電量，其續(xù)航能力不高，甚至可能出現(xiàn)騎行時(shí)手機(jī)沒電的窘境。因此該套裝置通過(guò)六軸陀螺儀進(jìn)行自行距離測(cè)算的同時(shí)，通過(guò)手機(jī)導(dǎo)航進(jìn)行宏觀把控校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)宏觀與微觀相結(jié)合來(lái)進(jìn)行精確計(jì)算，將導(dǎo)航精確度提升至3-5米，同時(shí)裝置置放于車把，通過(guò)藍(lán)牙將手機(jī)路線傳輸以提高用戶安全系數(shù)。

3.2 游記生成與分享

在用戶騎行的過(guò)程中，該軟件會(huì)對(duì)用戶騎行的路線、導(dǎo)航信息進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄。騎行結(jié)束后，將在RDING應(yīng)用內(nèi)提供的模板進(jìn)行自行選擇。同時(shí)添加沿途拍攝的風(fēng)景照片，應(yīng)用將自動(dòng)生成騎行游記。這時(shí)，用戶只需一鍵分享他的輕生活理念與騎行體驗(yàn)即可記錄這段旅程，同時(shí)提供給更多旅友新的騎行路線及方案。

3.3 約騎功能

早在2017年1月共享單車用戶使用目的分析中就提到，騎行社交的用戶占比就已達(dá)16.20%。而騎行的確是一項(xiàng)健康而又新興的社交方式?？臻e的時(shí)間，如果想約上三五人結(jié)伴游周邊，騎著單車一起享受輕生活，而又苦惱于沒有找到志同道合的同行朋友，這是便能用上了這一功能。約騎方案的設(shè)計(jì)為用戶提供了這樣一個(gè)功能，可以根據(jù)個(gè)人需求進(jìn)行描述及發(fā)布約騎消息，找到志同道合的旅友完成一場(chǎng)說(shuō)走就走的騎行之旅。

3.4 防脫隊(duì)提醒

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)在團(tuán)體騎行中，時(shí)常會(huì)發(fā)生因?yàn)槌蓡T速度不一致而導(dǎo)致的成員脫隊(duì)現(xiàn)象。所以該系統(tǒng)通過(guò)藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)自由組網(wǎng)。任意兩個(gè)設(shè)備都可通過(guò)自組網(wǎng)連接，當(dāng)有成員脫離其余任何成員超過(guò)十五米時(shí)，它就會(huì)發(fā)出提醒。這樣的設(shè)計(jì)大大提高了團(tuán)體騎行的效率以及安全程度。

4 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目是用于導(dǎo)航的一款智能硬件設(shè)備以及相關(guān)拓展的可穿戴設(shè)備，嚴(yán)格意義上并不是一套設(shè)備，而是用于騎行的以導(dǎo)航為基礎(chǔ)功能的應(yīng)用系統(tǒng)。該自行車導(dǎo)航系統(tǒng)由兩個(gè)主要部分組成：智能導(dǎo)航硬件裝置以及手機(jī)端的騎行應(yīng)用。我們的系統(tǒng)，在傳統(tǒng)的導(dǎo)航系統(tǒng)上還增加了原路返回，隊(duì)員搜索，約騎等功能，此外，還提高了續(xù)航能力，這樣用戶即使在沒有信號(hào)的情況下走丟，也能通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)找到回家的路。

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